1. 用语言表达数字
我们在日常生活中,不仅使用“阿拉伯数字(1, 2, 3…)”,也会使用“语言(中文、英文等)”来表达数字。
例如,“$10$”这个数字,可以用多种语言方式来表达:
- “十”(1个字)
- “五的两倍”(4个字)
- “一百的十分之一”(8个字)
像这样,让我们试着考虑用“中文字符”来描述某个数字。 我们对可以使用的字数设定一个限制。在这里,我们考虑能用**“19个字以内”**的中文表达的数字。
当然,19个字以内能够表达的数字是有极限的。 因为中文字符(汉字、拼音等)的种类是有限的,将它们组合成19个字以内的排列也是有限的(虽然是一个天文数字,但并非无限)。
也就是说,必定存在**“无论如何都无法用19个字以内的中文表达的巨大整数”**。
2. 悖论的诞生
那么,接下来是正题。 “无法用19个字以内的中文表达的整数”有无数个。 假设我们从这无数个无法表达的数中,找出了**“最小的那一个(最小的整数)”**。
我们将这个数字记作 $X$。 根据定义,$X$ 是“无法用19个字以内的中文表达的数字”中最小的,因此我们可以这样称呼它:
“不能用少于十九个中文字符来表达的最小的整数”
让我们来数一数字数。 “不・能・用・少・于・十・九・个・中・文・字・符・来・表・达・的・最・小・的・整・数” ……哎呀?连标点符号都不算,这里已经有21个字了。 这样就超过了“19个字”的限制。
那么,我们在表达上稍微下点功夫,让它变得更简短。
“十九个字以内无法表达的最小整数”
现在,请数一数这句中文的字数。
- 十
- 九
- 个
- 字
- 以
- 内
- 无
- 法
- 表
- 达
- 的
- 最
- 小
- 整
- 数
竟然仅仅只有“15个字”。
事情变得奇怪了。 我们现在竟然用了一句**“十九个字以内无法表达的最小整数”这个“15个字的中文”**,成功地表达了数字 $X$!
X = 19个字以内无法表达的最小整数"] --> CheckLength{"『十九个字以内无法表达的最小整数』
的字数是?"} CheckLength -->|15个字| Contradiction["矛盾!
X 竟然被用『15个字』表达出来了!"] Contradiction --> Paradox["X 应该『无法用19个字以内表达』
却『被19个字以内(15个字)表达出来了』"] style Contradiction fill:#ff9999,stroke:#333 style Paradox fill:#ff4444,color:#fff,stroke:#333,stroke-width:2px
$X$ 明明应该是“无法用19个字以内表达”的数字,但正是这个定义的句子本身,却用“15个字(19个字以内)”完美地表达了 $X$。 这就是**“贝里悖论(Berry Paradox)”**。
3. 是谁提出了这个悖论?
这个悖论是由牛津大学的图书馆员G.G. 贝里(G. G. Berry)在1904年提出的。 后来,由20世纪最具代表性的天才数学家、哲学家伯特兰·罗素(Bertrand Russell)在自己的论文中进行了介绍,从而广为世人所知。
(※在英文原版论文中,使用的表达是“The least integer not nameable in fewer than nineteen syllables”(不能用少于十九个音节命名的最小整数),该悖论是基于英文的音节数来构建成立的。)
4. 为什么会产生矛盾?
这个悖论的根本原因,在于我们平时使用的“自然语言(如中文、英文等)”所具有的模糊性与自我指涉性(self-reference)。
自然语言无法承受数学的严密性
在数学世界中,“定义数字”是一项非常严密的工作(需要使用方程式或符号)。 然而,在贝里悖论中,却试图使用人类日常语言中的“能表达”、“无法表达”等词汇来定义数学对象(整数)。
日常语言非常强大且灵活,但正是因为这种灵活性,使得它可以做出像“提及自身的字数”这样如同杂技般的行为。 结果,就导致了“定义本身破坏了定义的规则”这种自我矛盾(自我指涉的悖论)。
“被命名(表达)”到底意味着什么?
此外,“用15个字表达”这句话的定义也是模糊的。 “十九个字以内无法表达的最小整数”这个短语,并没有直接指出某个特定的具体数字(例如 $987654321...$ 这样的数)。 它仅仅是间接地描述了“应该存在一个满足条件的数字”。
在数学上,“以可直接计算的形式进行表达”与“用语言陈述间接条件”必须被明确区分开来。将这两者混为一谈,并硬说“用15个字表达出来了!”,这其中就隐藏着逻辑上的诡计。
5. 总结与对现代的影响
贝里悖论乍看之下似乎只是个“文字游戏”或“脑筋急转弯”。 然而,这个问题却成为了让20世纪的数学家们深刻认识到**“使用日常语言来建立数学基础的危险性”**的契机。
“不能用语言来定义数字。数学必须完全由独立且严密的符号来构建。”
这个悖论成为了重要的路标,通向了后来改变数学历史的“哥德尔不完备定理(数学中存在绝对无法证明的真理)”,以及计算机科学中的“柯尔莫哥洛夫复杂性(研究信息能被压缩到多短的理论)”等最前沿的学问。
仅仅15个中文字,就揭露了数学的局限性。这正是贝里悖论的优美之处。
